异步电动机的工作状态分析1

9/11/20191水职院电机教研室《电机技术》讲稿(10-11-1学期)（异步电动机工作状态分析1）9/11/2019水职院电机教研室2第十三章•对异步电动机的运行进行分析•分析进行需要相关的工具•利用工具找出电动机的基本特征•利用基本特征得出电机的运行特点•运行特点就反应出了电机的性能9/11/2019水职院电机教研室3第一、二节异步电机电磁关系及等值电路异步电动机在运行的过程中，所涉及到的运行参数包括：电源电压（输入电压）U、输入电流I、输出机械的功率P2、旋转速度n、温度°t的高低等，这些运行运行参数间有一定的关系，这种关系反映了异步电动机运行时的特点和规律，若找出这个关系和规律，就能把握电机运行的特点，从而对电机的运行状态进行分析，以利于正确使用电机，并利用这些关系判断电机的运行状态，以保证电机运行的安全、正常。在分析、讨论这两节内容的过程中，书上给出了详细的分析、推导过程。在此我们略掉繁琐的理论推导过程，直接给出书上推出的结论及实用分析工具，着重介绍结论的应用。9/11/2019水职院电机教研室4这两节最重要的是推出在对异步电动机进行分析时所使用的等效电路。－－见图13-3所示。U1I0s1-sr2′′－I2I1xmrm′′r2r1x1x2此电路称为异步电动机的“T”形等效电路。等效的含义？－－要能利用此电路对异步电动机进行分析，必须要明确等效电路中各参数的含义。9/11/2019水职院电机教研室5x′2－－转子回路绕组的漏电抗折算值；在等效电路中：（脚标1表示定子，2表示转子）U1－－电源电压（此处为相电压）；I1－－输入电流（此处为相电流）；I0－－电动机的空载电流（此处为相电流）；I′2－－转子回路折算后的电流；r1－－定子回路一相绕组的电阻；x1－－定子回路一相绕组的漏电抗；r′2－－转子回路绕组的电阻折算值；21rss－－电动机总机械功率的等效电阻。9/11/2019水职院电机教研室6几点说明：1、转子回路参数的折算：第一，转子回路与定子回路没有直接电的联系，等效电路是将定、转子电路等效成一个整体，这时转子回路的参数值就与实际值不一样了，这与变压器一样，需通过折算使等效电路中转子回路的效果与实际情况一样；第二，转子回路的频率与定子回路的频率是不一样的，f2=sf1，当定、转子等效成一个整体后，定、转子对应回路的频率是一样的，还需要频率折算。所以，在等效电路中，转子回路的所有参数都需要进行折算（包括绕组折算和频率折算），至于如何折算可暂不深究它，要知道结论。9/11/2019水职院电机教研室72221rssImPmec2、总机械功率等效电阻[(1-s)/s]r′2是一非常重要的参数，通过等效电路只能进行电气量的计算，而电动机是将电能转换成机械能的装置，其中的机械能在等效电路中用电能的计算方法可进行计算，见下式：公式中的转差率s表明，这是一个与转动相关的参数，显然机械功率是与转动相关的。3、折算前后参数的性质不变，在电机的制造中，厂家尽量保证阻抗参数r1、r2、x1、x2(r′2、x′2)尽可能小。4、由于气隙的存在，异步电动机空载电流的百分数较变压器大，I0%=20~30%IN，但在很多情况下仍视rm、xm回路开路，即认定I0=0。9/11/2019水职院电机教研室8第三节三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机是一能量转换装置，在其将电能转换成机械能的过程中，在稳定的运行状态下，它一定遵从能量守恒、运行参数平衡。一、功率传递过程与功率平衡关系见异步电动机的功率传递图：P1PemPmecP2pCu1pFe1pCu2pmec+pad9/11/2019水职院电机教研室9（一）定子侧对应功率传递图，定子部分的功率及相互关系：1、输入电功率P1，含义－－２、定子铜损耗pCu1，含义－－1111conImUP３、定子铁损耗pFe，含义－－1211rmIpCumFermIp20４、电磁功率Pem，含义－－srImconIEmPem22212221emFeCuPppP)(11有：9/11/2019水职院电机教研室10（二）转子侧对应功率传递图，转子部分的功率及相互关系：1、转子铜损耗pCu2，含义－－emCuCusPprImp22222有２、总机械功率Pmec，含义－－222121rssImpPPCuemmec３、机械摩擦损耗pmec，含义－－４、附加损耗pad，含义－－５、输出功率P2（机械功率），含义－－1112conImUP9/11/2019水职院电机教研室11有：2CuemmecpPP202)(PpPppPadmecmec1112PpPPP二、转矩平衡方程式前面推出了异步电动机工作时，功率的平衡关系，利用功率平衡关系可推出转矩平衡关系式：根据20PpPmec有20PpPmec得20TTT9/11/2019水职院电机教研室12式即异步电动机转矩平衡方程式。20TTT式中各参数的含义及意义－－转矩平衡方程式在异步电动机运行分析中的重要性－－当时，电机转速恒定；20TTT当时，电机转速升高；20TTT当时，电机转速降低；20TTT这是分析异步电动机运行状态的一个非常有用、非常重要的工具，要求要掌握运用此工具对电动机的运行进行分析！9/11/2019水职院电机教研室13三、电磁转矩的两种计算式电动机是在电磁转矩的推动下运转的，电磁转矩的大小、性质将确定电动机的运行状况。因此，要准确分析电动机的运行状况，必须首先知道电磁转矩与哪些因素有关？是什么关系？（一）电磁转矩的物理表达式经推导，有：22conICTmT上式各参数的含义－－如何运用上式对电磁力矩进行分析？－－9/11/2019水职院电机教研室14（二）电磁转矩的参数表达式经推导，电磁转矩也可用下式进行计算：])()[(222122112211xxsrrfsrpUmT如何利用上式进行分析？（1）设电动机接入一电压U1、频率f1稳定的电源，除转差率s外，其它参数都是定数，则电磁转矩T的大小只与转差率有关（即与转动状态有关）；（2）电源电压U1或频率f1的改变会引起电磁转矩T改变。式中各参数的含义－－9/11/2019水职院电机教研室15从表达式（13-49）不能直观看出电磁转矩与转差率的关系，为直观起见用坐标曲线描述这个关系，这样就直观了，见下图：sTmssNs1s0stTmTNT这个坐标曲线称为T－s[T＝f(s)]曲线。9/11/2019水职院电机教研室16将T＝f(s)曲线坐标改变为右图示，得到的坐标曲线称为异步电动机的机械特性曲线，即n=f(T)坐标曲线。nn0nN0TNTstTmT为分析方便，也常常用异步电动机的机械特性曲线来分析，因此也要熟悉机械特性曲线形状及特点。9/11/2019水职院电机教研室17四、电磁转矩特性（一）电磁转矩特性的定义电磁转矩T与转差率s的关系－－电磁转矩特性。对应的坐标曲线－－电磁转矩特性曲线。对照坐标特性曲线，电磁转矩特性曲线的特点：以sm为界，左边：随s的增大，T增大；右边：随s的增大，T减小。sm－－临界转差率。Tmax－－与临界转差率对应的电磁转矩。把握以下几个电磁转矩及特点，也就把握了电磁转矩特性。9/11/2019水职院电机教研室189/11/2019水职院电机教研室19二、转子绕组中的电气参数及电动势方程式1、转子绕组感应电动势：mWmWskWsfjkWfjE221222244.444.4转子静止时（电动机起动瞬间），n=0，s=1，转子回路频率f2=sf1=f1，这时转子电动势为：mWkWfjE221244.422EsEs转子静止时的感应电势转子转动时的感应电势且当转速n=0(s=1)时，f2最高，E2最大，即随着转速n的升高（转差率s的减小），E2会减小。9/11/2019水职院电机教研室202、转子绕组漏电抗：22122222sxLsfLfxs式中：x2s为转子旋转时转子每相绕组的漏电抗；x2σ为转子不转时转子每相绕组的漏电抗。当转速n=0(s=1)时，f2最高，x2s最大，即随着转速n的升高（转差率s的减小），x2s会减小。转子绕组每相的总阻抗为：22222jsxrjxrzss当转速n=0(s=1)时，f2最高，z2s最大，即随着转速n的升高（转差率s的减小），z2s会减小。转子电流I2s也要产生漏磁通Φ2s，对应产生漏抗压降，对应转子回路有一转子绕组的漏电抗：9/11/2019水职院电机教研室213、转子回路的电流：根据基尔霍夫电压定律，转子回路的电动势平衡方程式为：0222ssszIE转子绕组每相的电流为：222222222jsxrEsjxrEzEIsssss4、转子绕组回路的功率因数为：22222arctanarctanrsxrxs可见，转子回路中各参数都与转差率有关！9/11/2019水职院电机教研室22这也很好理解，因为异步电动机的旋转速度会随负载的变化及其它参数的改变而相应变化。转子绕组回路各参数随转差率的变化而相应变化的规律见下图示：就各曲线的意义及变化规律进行分析－－9/11/2019水职院电机教研室23异步电动机的磁动势平衡方程式异步电动机内部磁场情况：三相定子绕组施加三相对称交流电压在异步电动机内部形成三相旋转磁场旋转磁场切割转子绕组形成感应电流I２转子电流I２产生磁场（也是旋转磁场）转子磁场与主磁场相互作用形成电磁力矩电磁力矩推动电动机转动。电能机械能由于电动机的能量转换过程与主磁场和转子磁场的相互作用有关，因此有必要弄清楚这两个磁场的相互关系，而两者间的相互关系是通过磁动势平衡关系反映出来的。9/11/2019水职院电机教研室24一、定子磁场与转子磁场的相对位置关系定子磁场相对于定子以n1的速度旋转。转子绕组感应电流所产生的转子磁场相对于转子以n2的速度旋转。nnsnpsfpfn111226060并有：转子磁场相对于定子的转速为：1112)(nnnnnsnnn（前面分析已知，转子旋转磁场的转动方向n2与定子磁场的转动方向n1相同。)上式说明：转子旋转磁场与定子旋转磁场的旋转速度相同，并且旋转的方向也是一致的，即转子旋转磁场与定子旋转磁场是相对静止的。9/11/2019水职院电机教研室25二、磁动势平衡方程式异步电动机在运行过程中，电动机内部有两个磁场，即定子磁场和转子磁场，这两个磁场相对静止，在电动机内部合成一个磁场－－气隙磁场，这个气隙磁场切割定子绕组产生感应电动势E1δ。mWkWfE111144.4这个感应电动势的大小约等于机端电压U1，由于机端电压即电网电压，电网电压恒定，所以定子绕组上的感应电动势恒定，又因为f1、W1、kW1是常数，所以气隙磁场是一常数（与负载大小无关），而气隙磁场是定子磁场与转子磁场的叠加，因此有：210FFFLFFFFF11201)(或9/11/2019水职院电机教研室26这部分应明确•异步电动机等值电路的概念。•异步电动机等值电路结构及参数意义。•异步电动机的电磁转矩、转矩平衡关系。•电磁转矩特性。思考题：11－1。